工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)-垂直監(jiān)測(cè)位移方法培訓(xùn)講義

工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)項(xiàng)目三垂直變形監(jiān)測(cè)2任務(wù)一垂直變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建立任務(wù)二：垂直變形監(jiān)測(cè)方法任務(wù)三：垂直變形技術(shù)總結(jié)及數(shù)據(jù)處理任務(wù)二：垂直變形監(jiān)測(cè)方法3精密水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量高程變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)4變形測(cè)量點(diǎn)，宜分為基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和變形觀測(cè)點(diǎn)。其布設(shè)應(yīng)符合：①每個(gè)工程至少應(yīng)有三個(gè)穩(wěn)固可靠的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)；②工作基點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的位置。對(duì)通視條件較好或觀測(cè)項(xiàng)目較少的工程，可不設(shè)工作基點(diǎn)，在基準(zhǔn)點(diǎn)上直接測(cè)定變形觀測(cè)點(diǎn)；③變形觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)立在變形體上能反映變形特征的位置。對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程變化量的測(cè)量工作；有時(shí)用“+”

表示下沉，用“-”時(shí)表示上升。

方法一精密水準(zhǔn)測(cè)量5精密水準(zhǔn)測(cè)量精度高，方法簡(jiǎn)便，是垂直位移監(jiān)測(cè)最常用的方法。水準(zhǔn)基點(diǎn)是垂直位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般3~4個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一組，形成近似正三角形或正方形，為保證其堅(jiān)固與穩(wěn)定，應(yīng)選埋在變形區(qū)以外的巖石上或深埋于原狀土上，也可以選埋在穩(wěn)固的建構(gòu)筑物上。水準(zhǔn)基點(diǎn)6普通混凝土標(biāo)地面巖石標(biāo)淺埋鋼管標(biāo)井式混凝土標(biāo)深埋鋼管標(biāo)深埋雙金屬標(biāo)普通混凝土標(biāo)7地面巖石標(biāo)8淺埋鋼管標(biāo)9井式混凝土標(biāo)10深埋鋼管標(biāo)11深埋雙金屬標(biāo)12工作基點(diǎn)13工作基點(diǎn)是用于直接測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的起點(diǎn)或終點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)布置在變形區(qū)附近相對(duì)穩(wěn)定的地方，其高程盡可能接近監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。工作基點(diǎn)一般采用地表巖石標(biāo)，當(dāng)建筑物附近的覆蓋層較深時(shí)，可采用淺埋標(biāo)志，當(dāng)新建建筑物附近有基礎(chǔ)穩(wěn)定的建筑物時(shí)，也可設(shè)置在該建筑物上。因工作基點(diǎn)位于測(cè)區(qū)附近，應(yīng)經(jīng)常與水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過聯(lián)測(cè)結(jié)果判斷其穩(wěn)定狀況，保證監(jiān)測(cè)成果的正確可靠。監(jiān)測(cè)點(diǎn)14監(jiān)測(cè)點(diǎn)是垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的簡(jiǎn)稱，布設(shè)在被監(jiān)測(cè)建（構(gòu)）筑物上。布設(shè)時(shí)，要使其位于建（構(gòu)）筑物的特征點(diǎn)上，能充分反映建（構(gòu)）筑物的沉降變形情況，點(diǎn)位應(yīng)當(dāng)避開障礙物，便于觀測(cè)和長(zhǎng)期保護(hù)，標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固，不影響建構(gòu)筑物的美觀和使用，還要考慮建筑物基礎(chǔ)地質(zhì)、建筑結(jié)構(gòu)、應(yīng)力分布等，對(duì)重要和薄弱部位應(yīng)該適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)目。

盒式標(biāo)志15鋼筋觀測(cè)點(diǎn)

16隱蔽觀測(cè)點(diǎn)（螺栓式標(biāo)志）17監(jiān)測(cè)儀器18針對(duì)具體的監(jiān)測(cè)工程，應(yīng)當(dāng)使用滿足精度要求的水準(zhǔn)儀，采用正確的測(cè)量方法；對(duì)特級(jí)、一級(jí)垂直位移監(jiān)測(cè)，應(yīng)使用DS05型水準(zhǔn)儀配和因瓦合金標(biāo)尺；對(duì)二級(jí)垂直位移監(jiān)測(cè)，應(yīng)使用DS1或DS05型水準(zhǔn)儀和因瓦合金標(biāo)尺；對(duì)三級(jí)垂直位移監(jiān)測(cè)，應(yīng)使用DS3水準(zhǔn)儀和區(qū)格式木質(zhì)標(biāo)尺或DS1型水準(zhǔn)儀和因瓦合金標(biāo)尺。

儀器的檢驗(yàn)19無論使用何種儀器，開始工作前，應(yīng)該按照測(cè)量規(guī)范要求對(duì)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)；水準(zhǔn)儀的i角誤差是最重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目。精密水準(zhǔn)測(cè)量前，還應(yīng)按規(guī)范要求對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行檢驗(yàn)，其中標(biāo)尺的每米真長(zhǎng)偏差是最重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目，一般送專門的檢定部門進(jìn)行檢驗(yàn)。監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)要求（1）20采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行垂直位移監(jiān)測(cè)時(shí)，從工作基點(diǎn)開始經(jīng)過若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成一個(gè)或多個(gè)閉合或附合路線，其中以閉合路線為佳，特別困難的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以采用支水準(zhǔn)路線往返測(cè)量。整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，最好能固定監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)人員，固定監(jiān)測(cè)路線和測(cè)站，固定監(jiān)測(cè)周期和相應(yīng)時(shí)段。監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)要求（2）21為了減少i角誤差的影響，水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范對(duì)前后視距差和前后視距累積差都有明確的規(guī)定，測(cè)量中應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。嚴(yán)格控制前后視距差和前后視距累積差，也可有效地減弱磁場(chǎng)和大氣垂直折光的影響。水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范對(duì)觀測(cè)程序有明確的要求，往測(cè)時(shí)，奇數(shù)站的觀測(cè)順序?yàn)椤昂笄扒昂蟆?；偶?shù)站的觀測(cè)順序?yàn)椤扒昂蠛笄啊薄７禍y(cè)時(shí)，奇、偶數(shù)站的觀測(cè)順序與往測(cè)偶、奇數(shù)站相同。標(biāo)尺的每米真長(zhǎng)偏差應(yīng)在測(cè)前進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)超過一定誤差時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)改正。一、二等水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)觀測(cè)22對(duì)奇數(shù)測(cè)站為：（1）照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的基本分劃(左側(cè)刻度)讀數(shù)（2）照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的基本分劃(左側(cè)刻度)讀數(shù)（3）照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的輔助分劃(右側(cè)刻度)讀數(shù)（4）照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的輔助分劃(右側(cè)刻度)讀數(shù)這樣的順序簡(jiǎn)稱為后—前—前—后對(duì)偶數(shù)測(cè)站為：（1）照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的基本分劃（2）照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的基本分劃（3）照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的輔助分劃（4）照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的輔助分劃這樣的順序簡(jiǎn)稱為前—后—后—前。返測(cè)時(shí)的觀測(cè)順序與往測(cè)相反。一測(cè)站操作具體步驟

23（1）安置儀器使氣泡居中。（2）將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)后視標(biāo)尺，使符合氣泡兩端的影像近于符合，隨后用上、下絲照準(zhǔn)標(biāo)尺基本分劃進(jìn)行視距讀數(shù)，視距第四位數(shù)由測(cè)微輪直接讀得。然后使水準(zhǔn)氣泡嚴(yán)格居中，用楔形平分絲精確照準(zhǔn)標(biāo)尺的基本分劃，并讀出標(biāo)尺基本分劃與測(cè)微輪的讀數(shù)。（3）旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)前視標(biāo)尺，水準(zhǔn)氣泡嚴(yán)格居中，用楔形絲精確對(duì)準(zhǔn)基本分劃。并讀出標(biāo)尺基本分劃與測(cè)微輪讀數(shù)。然后用上、下絲照準(zhǔn)標(biāo)尺的基本分劃進(jìn)行視距讀數(shù)。（4）用微動(dòng)螺旋旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的輔助分劃，并使氣泡嚴(yán)格居中，讀出標(biāo)尺輔助分劃與測(cè)微輪讀數(shù)。（5）旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的輔助分劃，并使氣泡嚴(yán)格居中，使楔形平分絲精確照準(zhǔn)并進(jìn)行輔助分劃和測(cè)微輪的讀數(shù)。標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響24視線長(zhǎng)度、前后視距差和視線高度（m）等級(jí)儀器類型視線長(zhǎng)度前后視距差視距累積差視線高度特級(jí)DS05≤15≤0.3≤1.5≥0.5一級(jí)DS05≤30≤0.5≤1.5≥0.5二級(jí)DS05、DS1≤50≤1.0≤3.0≥0.3三級(jí)DS1、DS3≤75≤5.0≤8.0≥0.225水準(zhǔn)測(cè)量主要限差（mm）等級(jí)基輔分劃讀數(shù)差基輔分劃高差之差相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差測(cè)站高差中誤差往返較差、附合或環(huán)線閉合差檢測(cè)已測(cè)高差較差特級(jí)0.30.40.30.070.15√n0.2√n一級(jí)0.30.40.50.130.3√n0.5√n二級(jí)0.40.61.00.300.6√n0.8√n三級(jí)2.03.02.00.701.4√n2.0√n26注：n為測(cè)段的測(cè)站數(shù)各等級(jí)使用的儀器、觀測(cè)方法及要求

27等級(jí)使用儀器、觀測(cè)方法及要求特級(jí)DS0.5型儀器，視線長(zhǎng)度≤15m，前后視距差≤0.3m，視距累計(jì)差≤1.5m，宜按國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)二級(jí)DS0.5型儀器，宜按國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)三級(jí)DS0.5或DS1型儀器，宜按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)四級(jí)DS0.5或DS1型儀器，宜按國(guó)家三等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度要求（mm）等級(jí)往返較差、附合或環(huán)線閉合差高程中誤差相鄰點(diǎn)高差中誤差特級(jí)0.15√n0.30.2√n一級(jí)0.3√n0.50.5√n二級(jí)0.6√n1.00.8√n三級(jí)1.4√n2.02.0√n28注：n為測(cè)段的測(cè)站數(shù)方法二精密三角高程測(cè)量29精密水準(zhǔn)測(cè)量因受觀測(cè)環(huán)境影響小，觀測(cè)精度高，仍然是沉降監(jiān)測(cè)的主要方法；如果水準(zhǔn)路線線況差，水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施將很困難。高精度全站儀的發(fā)展，使得電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量在工程測(cè)量中的應(yīng)用更加廣泛；電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量代替水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，將極大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

短邊三角高程測(cè)量法進(jìn)行建筑物的沉降觀測(cè)思考三角高程測(cè)量方法。三角高程測(cè)量觀測(cè)內(nèi)容。三角高程測(cè)量如何應(yīng)用于沉降觀測(cè)中？任務(wù)三傾斜觀測(cè)2023/11/6

用測(cè)量?jī)x器來測(cè)定建筑物的基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)傾斜變化的工作，稱為傾斜觀測(cè)。1．一般建筑物主體的傾斜觀測(cè)

2．圓形建（構(gòu)）筑物主體的傾斜觀測(cè)3．建筑物基礎(chǔ)傾斜觀測(cè)四、建筑物的傾斜觀測(cè)類型2023/11/6五、傾斜觀測(cè)的方法一、經(jīng)緯儀投影法原理直接法：經(jīng)緯儀投影法、測(cè)水平角、前方交會(huì)法、垂準(zhǔn)線法該方法多用于基礎(chǔ)面積過小的超高建筑物，如電視塔、煙囪、高橋墩、高層樓房等。間接法：測(cè)定基礎(chǔ)的相對(duì)沉陷量（水準(zhǔn)測(cè)量）、傾斜儀該方法多用于基礎(chǔ)面積較大的建筑物，并便于水準(zhǔn)觀測(cè)BB′Aeh式中i——建筑物主體的傾斜度；?D——建筑物頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部觀測(cè)點(diǎn)的偏移值（m）；H——建筑物的高度（m）；α——傾斜角（°）。2023/11/61、經(jīng)緯儀投影法在圓形建筑物的兩個(gè)相互垂直的方向上安置經(jīng)緯儀或全站儀；測(cè)站距離圓形建筑物的距離應(yīng)大于其高度的1.5倍；在圓形建筑物的底部橫放兩把尺子，使兩尺相互垂直，且分別垂直于圓形建筑物中心與兩測(cè)站的連線。經(jīng)緯儀分別照準(zhǔn)建筑物的頂部、底部的邊緣，向下投影。2023/11/6MNPQXYH?A?BN′Q′?A?B?圖一般建筑物的傾斜觀測(cè)經(jīng)緯儀投影法，觀測(cè)方法如下：1）將經(jīng)緯儀安置在固定測(cè)站上，該測(cè)站到建筑物的距離，為建筑物高度的1.5倍以上。瞄準(zhǔn)建筑物X墻面上部的觀測(cè)點(diǎn)M，用盤左、盤右分中投點(diǎn)法，定出下部的觀測(cè)點(diǎn)N。用同樣的方法，在與X墻面垂直的Y墻面上定出上觀測(cè)點(diǎn)P和下觀測(cè)點(diǎn)Q。M、N和P、Q即為所設(shè)觀測(cè)標(biāo)志。2023/11/6（2）隔一段時(shí)間后，在原固定測(cè)站上，安置經(jīng)緯儀，分別瞄準(zhǔn)上觀測(cè)點(diǎn)M和P，用盤左、盤右分中投點(diǎn)法，得到N′和Q′。如果，N與N′、Q與Q′不重合，說明建筑物發(fā)生了傾斜。MNPQXYH?A?BN′Q′?A?B?圖一般建筑物的傾斜觀測(cè)2023/11/6（3）用尺子，量出在X、Y墻面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，計(jì)算出該建筑物的總偏移值ΔD，即：根據(jù)總偏移值ΔD和建筑物的高度H即可計(jì)算出其傾斜度i。MNPQXYH?A?BN′Q′?A?B?圖一般建筑物的傾斜觀測(cè)2023/11/62、前方交會(huì)法當(dāng)測(cè)定偏距e的精度要求較高時(shí)，可以采用角度前方交會(huì)法。首先在圓形建筑物周圍標(biāo)定A、B、C三點(diǎn)，觀測(cè)其轉(zhuǎn)角和邊長(zhǎng)，則可求得其在資用坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；然后分別設(shè)站于A、B、C三點(diǎn)，觀測(cè)圓形建筑物頂部?jī)蓚?cè)切線與基線的夾角，并取其平均值；以同樣的方法觀測(cè)圓形建筑物底部；按角度前方交會(huì)定點(diǎn)的原理，即可求得圓形建筑物頂部圓心O′和底部圓心O的坐標(biāo)。2023/11/63、任意點(diǎn)置鏡方向交會(huì)法

對(duì)非圓形建筑物，如高層建筑物的樓體進(jìn)行傾斜觀測(cè)，過去一般用基礎(chǔ)不均勻沉降來推算。當(dāng)建筑物屬于非鋼體變形時(shí)，這一方法就失去了作用。由于建筑物在施工階段其樓體上變形點(diǎn)無法置鏡，因此，只能用方向交會(huì)的方法來交會(huì)該點(diǎn)的位置，以此來分析該點(diǎn)的傾斜值（變形值）。施工期間建筑場(chǎng)地有各種施工機(jī)械、設(shè)備、堆放的各種建筑材料，以及作業(yè)人員流動(dòng)頻繁等因素，使變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)位或被破壞，致使觀測(cè)時(shí)不能用正常的前方交會(huì)方法交會(huì)變形點(diǎn)的位置。本方法后視任意兩點(diǎn)交會(huì)變形點(diǎn)，并將這種交會(huì)法轉(zhuǎn)化為兩方向前方交會(huì)算法。2023/11/64、激光垂準(zhǔn)法利用激光垂準(zhǔn)儀，測(cè)定建筑物底部和頂部距離垂準(zhǔn)激光束的距離差，從而計(jì)算建筑物某軸線（某一面）的傾斜度。這種方法受施工干擾較大，在施工現(xiàn)場(chǎng)較難使用。2023/11/65、水準(zhǔn)測(cè)量

用水準(zhǔn)儀測(cè)出兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)沉陷，由相對(duì)沉陷與兩點(diǎn)之間距離之比，可換算成傾斜角。

6、流體靜力水準(zhǔn)測(cè)量

是測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)高程及基礎(chǔ)傾斜的方法之一，儀器不受距離限制，并且距離愈長(zhǎng)，測(cè)定傾斜度的精度愈高。2023/11/67、傾斜儀的應(yīng)用

氣泡式傾斜儀由一個(gè)高靈敏度的氣泡水準(zhǔn)管和一套精密的測(cè)微器組成。使用時(shí)將傾斜儀安置在需要的位置上以后，轉(zhuǎn)動(dòng)帶有讀數(shù)盤的測(cè)微輪，通過測(cè)微桿向上或向下移動(dòng)，直至水準(zhǔn)氣泡居中為止。此時(shí)在讀數(shù)盤上讀出該處的傾斜度我國(guó)制造的氣泡式傾斜儀，靈敏度為2"，總的觀測(cè)范圍為1°。氣泡式傾斜儀適用于觀測(cè)較大的傾斜角或量測(cè)局部位置的變形，例如測(cè)定設(shè)備基礎(chǔ)和平臺(tái)的傾斜。傾斜儀和電子水準(zhǔn)器雖有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)建筑物變形范圍很大，工作測(cè)點(diǎn)很多時(shí)，這類儀器就不如水準(zhǔn)儀靈活。因此，變形觀測(cè)的常用方法仍是水準(zhǔn)測(cè)量。

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例1．一般建筑物主體的傾斜觀測(cè)建筑物主體的傾斜觀測(cè)，應(yīng)測(cè)定建筑物頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部觀測(cè)點(diǎn)的偏移值，再根據(jù)建筑物的高度，計(jì)算建筑物主體的傾斜度，即傾斜測(cè)量主要是測(cè)定建筑物主體的偏移值ΔD。偏移值ΔD的測(cè)定一般采用經(jīng)緯儀投影法。式中i——建筑物主體的傾斜度；?D——建筑物頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部觀測(cè)點(diǎn)的偏移值（m）；H——建筑物的高度（m）；α——傾斜角（°）。2023/11/6yy1y2y1′y2′x1′x2′x1x2xOO′?x?yABA′B′圖圓形建（構(gòu)）筑物的傾斜觀測(cè)例2．圓形建（構(gòu)）筑物主體的傾斜觀測(cè)

對(duì)圓形建（構(gòu)）筑物的傾斜觀測(cè)，是在互相垂直的兩個(gè)方向上，測(cè)定其頂部中心對(duì)底部中心的偏移值。

（1）在煙囪底部橫放一根標(biāo)尺，在標(biāo)尺中垂線方向上，安置經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀到煙囪的距離為煙囪高度的1.5倍。2023/11/6yy1y2y1′y2′x1′x2′x1x2xOO′?x?yABA′B′圖圓形建（構(gòu)）筑物的傾斜觀測(cè)例2．圓形建（構(gòu)）筑物主體的傾斜觀測(cè)

對(duì)圓形建（構(gòu)）筑物的傾斜觀測(cè)，是在互相垂直的兩個(gè)方向上，測(cè)定其頂部中心對(duì)底部中心的偏移值。

（2）用望遠(yuǎn)鏡將煙囪頂部邊緣兩點(diǎn)A、A′及底部邊緣兩點(diǎn)B、B′分別投到標(biāo)尺上，得讀數(shù)為y1、y1′及y2、y2′。煙囪頂部中心O對(duì)底部中心O′在y方向上的偏移值Δy為：2023/11/6yy1y2y1′y2′x1